丰田花冠制动系统实验台

1、.本科生毕业设计摘 要随着汽车制动系统的不断改进，学习和研究汽车制动系统已是势在必行。因此汽车制动系统教学实验台的设计显得十分重要。汽车制动系统教学实验台作为学习和研究汽车制动系统最直观的教学工具，必须要反映出汽车制动系统的结构和工作原理。本次设计是以丰田花冠轿车为例的一个制动系统教学实验台。根据丰田花冠汽车制动系统的特点来确定实验台台架的总体设计方案,并考虑到其教学需要设计其支撑方式，布置液压管路等。 该实验台不但能够观察制动系统的构造原理，而且可以演示行车制动，与驻车制动时制动系统的工作状况及原理，以及进行制动系统相应的检测。使学生能够轻松扎实的掌握制动系统的知识。该实验台主要应用于汽车类

2、专业的教学，也可以用于汽车从业人员的实践学习。 关键词：丰田花冠汽车；制动系统；实验台；检测； ABSTRACTAs the vehicle braking system continues to improve, learning and research vehicle braking system has become imperative. So design of teaching vehicle braking system Test platform become important. Vehicle braking system test platform of teachin

3、g learning and research vehicle braking system ，as teaching tool must be able to show reflect a vehicle braking system structure and operating principles. The design which takes Toyota Corolla as an example is a braking system test platform.On the basic of features of Toyota Corolla braking system ,

4、I determine the test platforn design program.And in accordance with different types of brake to desin their support ,layout hydraulic pipeline and so on .The test platform not only be able to observe construction principle,but also demonstrate working principle of driving brakeing and parking brakin

5、g, at the same time corresponding detection.That can help students to understand and research vehicle braking system.The test platform mainly be used in automotive professional teaching ,and for learning the practice of automotive workers.Key words : Toyota Corolla ;Braking System;Test Platform;Dete

6、ction; ：II目录摘 要IAbstractII目录1第1章 绪 论11.1研究本课题的目的及意义11.2汽车制动实验台实验台的功用11.3汽车制动系统实验台国内外现状11.4设计需完成任务与预期结果2第2章 丰田花冠汽车制动系统32.1丰田花冠汽车制动系统的概述32.2丰田花冠制动器的类型52.2.1盘鼓式制动器52.2.2盘式制动器72.3制动主缸与真空助力器92.4分配阀102.5驻车制动器102.6本章小结10第3章 实验台元件选择及布局113. 1 实验台总体组成元件113. 2 实验台组成元件的布置113.2.1前轮盘式制动器的布置113.2.2后轮盘鼓式制动器的布置123.2

7、.3制动主缸与真空助力器的布置133.2.4液压管路的布置143.2.5制动踏板的布置153.2.6驻车制动总成的布置153.2.7显示装置总成的布置163. 3 本章小结17第4章 实验台整体结构设计184.1实验台台架的设计184.2实验台面板的设计194.3液压制动管路的设计204.4台架固定方式的设计214.5定位元件的设计214. 6本章小结23第5章 实验台的教学功能开发及故障分析245. 1汽车制动系统实验台的使用245.1.1 制动踏板的检测245.1.2 驻车制动拉杆的检测275.1.3 盘式制动器的检测275.1.4 鼓式制动器的检测305.1.5 制动液315.1.6 制

8、动软管345. 2制动系统故障分析345.2.1制动力传动系统的故障分析345.2.2制动器故障分析355. 3本章小结36结论37参考文献38致谢39附录A40附录B46第1章 绪 论1.1 研究本课题的目的及意义汽车制动性能是汽车的主要性能之一，是汽车安全行驶的保证，直接影响到人民生命财产安全。随着汽车性能的不断改进，行驶速度的提升，改善汽车的制动系统，提高其制动性能始终是汽车设计、制造和维修部门的重要任务。但是，随着汽车制造技术的不断发展和复杂化，汽车专业教学很多依据大量单纯的理论对学生讲解，学生学习起来比较困难。汽车制动实验台的设计，对于改善实践教学环节显得非常必要。实验台的设计可以直

9、观的了解制动系统的内部构造，和制动器的类型，还可以清楚的展示制动系统制动时的全过程，及功用原理。达到了理论与实践相结合的效果，更好的适应教学和实验的需求，而且推动了汽车教育行业的发展，同时也为培养汽车行业的人员提供了便利的条件。1.2 汽车制动实验台的功用1、模拟丰田花冠汽车制动控制过程，并通过其剖面演示制动器的工作情况；2、全为原车实物，可拆装实习；3、配置真空源，模拟发动机真空，使制动轻便灵活；4、直观的演示出行车制动与驻车制动的工作原理，可移动台架，方便移动，台架经过高温油漆处理，牢固耐用。1.3 汽车制动系统实验台国内外现状目前国外比较先进的汽车教学实验台，不仅能够针对具体的汽车性能以

10、及构造进行模拟与分析，而且可以针对不同类型的车系特点来进行设计，更好的满足了教学的需要。例如：整车教学模型试验台，采用透明有机玻璃制作，发动机总成用电机驱动，在油门处设有调速装置，能演示发动机转速高低。离合器分离情况，操纵灵活，离合器外壳整体压模而成，变速箱和各档齿轮用各种颜色表示，换档灵活，手制动美观。后桥外形压模而成，内中主减速、差速转动自如，轮毂和制动蹄可调节，转向装置以及电瓶、油箱、水箱，制动管路分布清楚一目了然。电路采用对插件前后分布，灯架、风窗、仪表板、后灯架用透明有机玻璃压模成整体美观逼真。通过专业课程的教学和本模型演示，可使学生清楚地了解汽车的内在部位的结构和作用，使学生很快地

11、掌握专业知识。随着制动系统的发展，其实验台也在不断的改善和创新，目前国内比较先进的汽车制动实验台不但能体现ABS/EBD制动系统的结构，工作原理，并配置了多功能的控制柜同时配有各传感器的万用表测量结果和用示波器测量的标准波形手册，以及大幅的汽车电脑线路图和各个传感器。本课题针对上述教学实验台中的制动系统部分设计一款针对丰田车系制动系统的教学实验台，简单的演示其制动器工作原理的机械式实验台，不涉及ABS等制动辅助装置。1.4 设计需完成的任务与预期结果本课题主要任务是针对丰田花冠汽车制动系统的特点，设计一款教学实验台台架架。实验台部件为原车实物，具有拆卸方便，造型轻巧灵便，移动方便等特点，操作起

12、来也非常便利。另外本实验台制动器外壳采用透明塑料，工作时可以清楚的观察到行车制动过程；驻车制动时制动器的工作状况。帮助学生轻松扎实的掌握制动系统的工作原理及理论知识。预期成果：1、台架实验台采用丰田花冠制动系统组成，主要包括盘式制动器，盘毂式制动器，真空泵，真空助力器、比例分配阀、进口透明制动管，可移动台架等等。2、教学功能：（1）可以演示盘鼓式以及盘式制动系统的制动过程，及显示制动压力。根据车用制动系统结构布置制动执行元件，反应制动系统结构及工作原理。（2）台架的设计：方便实验教学，具有便于元件拆卸，方便移动的功能。同时实现不同车型制动执行元件的定位安装。（3）液压控制部分的选择：符合汽车制

13、动系统工作要求，具有代表性，并可以直观演示制动过程。第2章 丰田花冠汽车制动系统2.1 丰田花冠汽车制动系统概述本设计是以丰田花冠轿车的制动系统为基础设计的，实验台制动系统的形式和大部分零部件也都是采用的丰田花冠轿车制动系统的形式和零部件。丰田花冠轿车制动系统的大体结构如下：制动形式：双管路液压制动（带真空助力）前轮制动器：盘式制动器后轮制动器：盘鼓式制动器真空助力器：单膜片式 驻车制动器：机械钢索式（作用于后轮）实际测量与资料得出丰田花冠汽车制动系统相关参数如表3.1所示。表3.1丰田汽车制动系统尺寸 制动踏板高度131.141.6mm制动踏板自由行程160mm前制动陈片厚度11mm前制动盘

14、厚度25mm前制动盘偏摆0.05mm后制动鼓内径200mm后制动蹄片厚度4mm后制动衬片厚度10mm后制动盘厚度9mm前制动盘偏摆0.15mm后制动盘内径173mm停车制动蹄片厚度3.5mm使行驶中的汽车减速甚至停车，使下坡行驶的汽车的速度保持稳定，以及使已停驶的汽车保持不动，这些作用统称为汽车制动。对汽车起到制动作用的是作用在汽车上，其方向与汽车行驶方向相反的外力。作用在行驶汽车上的滚动阻力，上坡阻力、空气阻力都能对汽车起制动作用，但这些外力的大小都是随机、不可控制的。故汽车上必须装设一系列专门装置，一边驾驶员能根据道路和交通等情况，借以使外界在汽车某些部分施加一定的力，对汽车进行一定程度的

15、强制制动。这种可控制的对汽车进行制动的外力称为制动力。这样的一系列专门装置成为制动系统。1、丰田花冠制动系四个基本组成部分：供能装置 包括供给、调节制动所需能量以及改善传能介质状态的各种部件人的亦可作为制动能源。控制装置 包括产生制动动作和控制制动效果地各种部件。传动装置 包括将制动能量传输到制动器的各个部件，制动主缸和制动轮缸。制动器 产生阻碍车辆的运动或运动趋势的里的部件，其中也包括辅助制动系的缓速装置。较为完善的制动系还具有制动力调节装置以及报警装置、压力保护装置等附加装。2、制动系的类型（1）按制动系的功用分类：分为行车制动系、驻车制动系、第二制动系、辅助制动系。（2）按制动系的制动能

16、源分类：分为人力制动系、动力制动系、伺服制动系；按照制动能量的传输方式，制动系又可分为：机械式、液压式、气压式、和电磁式等。同时采用两种以上传能方式的制动系可成为组合式制动系。其传动装置采用单一的气压或液压回路的制动系为单回路制动系。这种制动系中，只要有益处损坏而泄露，整个系统即失效。故自60年代中期以来，越来越多的汽车在行车制动中采用了双回路结构。在双回路制动系中，所有行车制动器的气压或液压管路分属于两个彼此隔绝的回路。这样，即使其中一个回路失效，还能利用另一回路获得较原先为小的制动力。3、丰田花冠制动系统的工作原理制动系统的一般工作原理是如图2.1所示，利用与车身(或车架)相连的非旋转元件

17、和与车轮(或传动轴)相连的旋转元件之间的相互摩擦来阻止车轮的转动或转动的趋势。 驾驶员踩下制动踏板，通过液压主缸（总泵）和制动助力器获得一个发大的油压，再由比例分配阀将压力分给前后制动器，制动器在制动分泵油压作用下，其不旋转的制动摩擦片靠压着旋转的轮毂或制动盘，产生一个摩擦力矩，其方向与车轮反向。此力矩传给车轮后，车轮由于其与路面的附着作用而给路面一个向前的切向反力F,同时路面也给车轮一个大小相等、方向相反的反作用力P，这个P就是阻碍汽车前进的制动力。图2.1制动系统工作原理图1-前轮盘式制动器；2-制动总泵； 3-真空助力器； 4-制动踏板机构； 5-后轮鼓式制动器； 6-制动组合阀 ；7-

18、制动警示灯2.2 丰田花冠制动器类型制动器产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力(制动力)的部件。汽车上常用的制动器都是利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦而产生制动力矩，称为摩擦制动器。它有鼓式制动器和盘式制动器两种结构型式。丰田花冠采用的是：前轮为盘式制动器，后轮为盘鼓式制动器1。2.2.1 盘鼓式制动器1、概述盘鼓式制动器的盘式制动主要用于行车制动，而鼓式制动器用于驻车制动，如图2.2所示，鼓式制动器总成具有制动蹄间隙自调机构，因此，制动蹄与鼓间的间隙总是能被自动调整至适当值。图2.2盘鼓式制动器1-制动地板；2-拉近销钉；3-凸台；4-轮缸；5-制动蹄导向板；6-停车制动拉臂；7-从蹄；8-

19、调整拉线；9-拉线导向块；10-调整棘片；11-制动蹄拉簧；12-弹簧保持器；13-压紧弹簧；14-调整螺栓总成；15-回位弹簧；16-停车制动导向板；17-弹簧；18-领蹄2、后制动器工作原理对普通的鼓式制动器，当拉下驻车制动器时，制动分泵内的两个活塞使制动蹄向外张开，阻止制动鼓的转动。制动蹄磨损越大，活塞移动距离也越大，从而导致踏板行程增加。本车制动器具有自调机构，它能自动调整由制动蹄磨损引起的制动蹄与制动鼓间的间隙（踏板与前围板之间的距离）。3、间隙调整在后轮制动器轮缸内装有活塞、皮碗和复位弹簧。当踏下制动踏板时，液压力作用在轮缸内的活塞上。由于压力的作用，第一活塞向左移动，第二活塞想右

20、移动将制动蹄压在制动鼓上从而产生制动力。当踩下制动踏板时。轮缸活塞和制动蹄朝制动鼓侧移动距离是制动蹄筋与杠杆接触所移动的距离。当制动蹄磨损时，制动蹄与制动鼓间隙变大，作用与杠杆上随之增大。当作用力超过79kgf时，制动蹄筋的一端使杠杆移动与制动蹄片磨损量相同的距离，使制动蹄压在制动鼓上，并产生制动力。杠杆的移动量等于蹄片的磨损量。与杠杆成整体结构的扇形棘轮，随杠杆移动而移动，杠杆和棘轮在制动蹄和制动鼓间的间隙变得过大时开始移动，间隙正常时，起保持原位置不动。当放松制动踏板时，制动蹄在复位弹簧的拉动下只能回移与间隙等同的距离。因此，制动蹄与谷之间的间隙杂一踩动制动踏板时，随时能被自动调整成规定值

21、。2.2.2 盘式制动器按摩擦副中固定元件的结构，盘式制动器可分为钳盘式和全盘式两大类。丰田花冠为钳盘式制动器即由旋转元件（制动盘）和固定元件（制动钳）组成如图2.3所示。图2.3浮钳盘式制动器结构示意图1-制动盘；2-卡簧；3-制动器安装支架；4-制动衬块；5-防尘罩；6-矩形密封圈；7-制动钳活塞；8-制动钳体；9-放气螺钉制动盘是摩擦副中的旋转件，它是以断面工作地金属圆盘。制动钳是由装在横跨制动盘两侧的夹钳形支架中的制动块和从动装置组成。制动块是由工作面积不大的摩擦块和金属背板组成。每个制动器中一般有2-4个制动块组成。全盘式制动器的旋转件也是以端面工作的金属圆盘（制动盘），其固定元件时

22、程圆盘形的金属背板和摩擦片。工作时制动盘和摩擦片间的摩擦面全部接触。下面主要介绍盘式制动器。1、 钳盘式制动器又可分为定钳盘式和浮钳盘式两类。（1）定钳盘式制动器定钳盘式制动器的制动钳固定安装在车桥上，既不能旋转，也不能沿制动盘的轴线方向移动，因此必须在制动盘两侧都安装设计制动块促动装置，以便分别将两侧的制动块压向制动盘。（2） 浮钳盘式制动器按制动钳的运动方式，浮钳式制动器又可分为滑动钳盘式制动器和摆动钳盘式制动器。滑动钳盘式制动器的制动钳可以相对制动盘作轴向滑动。其中只在制动盘的内侧设置油缸，而外侧的制动块则附装在钳体上。摆动钳盘式制动器也是单侧设置油缸，其制动钳体与固定在掣肘上的支座铰接

23、，故不能滑动，而是在与制动盘垂直的平面内摆动以实现制动。为使制动块磨损均匀，常将摩擦块预先做成楔形。实践证明，滑动钳盘式制动器结构简单紧凑，且便于安装，因此被越来越多的采用在轿车和轻型车上。丰田花冠采用的就是滑动钳盘式。2、 盘式制动器与鼓式制动器比，有如下优点：（1）一般无摩擦助势作用，因而制动器效能受摩擦系数的影响较小，即效能较稳定；（2）浸水后效能降低较少，而且只须经一两次制动即可恢复正常；（3）在输出制动力矩相同的情况下，尺寸和质量一般较小；制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小，不会象制动鼓的热膨胀那样使制动器间隙明显增（4）加而导致制动踏板行程过大；（5）较容易实现间隙自动调整，其他保养修

24、理作业也较简便。（6）对于钳盘式制动器而言，因为制动盘外露，还有散热良好的优点。3、 盘式制动器的缺点有：（1）制动效能低，故用于液压制动系统时所需制动促动管路压力较高，一般要用伺服装置。（2）兼用与驻车制动时，需要加装的驻车制动传动装置鼓式制动器复杂，因而在后轮上的应用受到限制。2.3 制动主缸与真空助力器制动主缸是制动系统的关键部分，是产生液压力的主体。制动主缸有两个活塞和三个皮碗，他的液压力产生于第一腔和第二腔，产生于第一腔的液压力作用于前轮制动器，产生于第二腔的液压力作用于后轮制动器。制动主缸工作时分正常工作的单回路工作两种情况。制动主缸正常工作时，踩下第一活塞踏板，推动第一活塞向内移

25、动，在第一腔中产生液压力。通过这种液压力和复位弹簧的作用，第二活塞也被推向左侧，因此在第二腔中产生液压力。单回路工作又分为两种情况：1、第一腔回路失效，踩下制动踏板，推动第一活塞向内移动。但由于与第一腔相连的回路不能保持压力，在第一活塞前部不能产生压力，第一活塞继续向内移动，压缩弹簧，当碰到弹簧座时，第二活塞开始移动，于是第二腔产生液压并作用到该回路上的制动器；2、第二腔回路失效，在这种情况下，第一活塞向内移动的开始阶段产生不了足够的液压力。这是因为最初的压力上升引起第二活塞的迅速移动，当第二活塞的前端顶到制动主缸端面停止时，第一活塞开始向内移动，并作用于该回路上的制动器。目前，轿车上广泛装用

26、真空助力器作为制动助力器，利用发动机喉管处的真空度来帮助驾驶员操纵制动踏板。根据真空助力膜片的多少，真空助力器分为单膜片式和串联膜片式两种。 丰田花冠采用的为单膜片式真空助力器。图2.4制动主缸与真空助力器示意图2.4 分配阀比例阀简称P阀，也是串联于液压或气压制动回路的后促动管路中的，其作用是当前、后促动管路压力P1与P2同步增长到一定值后，既自动对压力增长进行节制，使P1的增量小于P2的增量。质心高度与轴距的比值较小的中型以上的汽车，在制动时前、后轮间的载荷转移较小，其理想促动管路压力分配特性曲线中段斜率较大。这种汽车如果装用限压阀，虽然可以满足制动时前后先滑移的要求。但紧急制动时，后轮制

27、动力将远远小于后轮附着力，既附着力利用率太底，不能满足制动力尽可能大的要求。要解决这一问题，可以采用比例阀。2.5 驻车制动器按在汽车上安装位置的不同，驻车制动装置分中央驻车制动装置和车轮驻车制动装置两类。前者的制动器安装在传动轴上，称为中央制动器；后者和行车制动装置共用一套制动器，结构简单紧凑，已在轿车上得到普遍应用。这种制动器将一个作行车制动器的盘式制动器和一个作驻车制动器的鼓式制动器组合在一起。双作用制动盘2的外缘盘作盘式制动器的制动盘，中间的鼓部作鼓式制动器的制动鼓。 进行驻车制动时，将驾驶室中的手动驻车制动操纵杆拉到制动位置，经一些列杠杆和拉绳传动，将驻车制动杠杆的下端向前拉，使之绕

28、平头销转动，其中间支点推动制动推杆左移，将前制动蹄推向制动鼓。待前制动蹄压靠到制动鼓上之后，推杆停止移动，此时制动杠杆绕中间支点继续转动。于是制动杠杆的上端向右移动，使后制动蹄压靠到制动鼓上，施以驻车制动。 解除制动时，将驻车制动操纵杆推回到不制动的位置，制动杠杆在卷绕在拉绳回位弹簧的作用下回位，同时制动蹄回位弹簧将两制动蹄拉拢2。 2.6 本章小结本章对本设计的研究对象丰田花冠轿车制动系统的结构和工作原理作了简要的阐述。不但深入了解制动系统，还为设计试验台提供了大量的理论依据。本章为实验台的台架设计和制动系统零部件的选择提供了理论知识，为设计实验台打下了良好的基础。第3章 实验台元件选择及布

29、局 根据设计任务，实验台架的设计应满足实验教学的要求，并充分考虑到拆卸方便，移动灵活结构紧凑等需求，对零件布置简单明了便于观察，具有操作简单移动方便等特点；考虑到占地面积与耗材问题，本实验台采用框架与面板结合的形式；为了保证实验台的工艺性应合理选用台架的材料，台架总体外观如图3.1所示3：图3.1实验台总体外观图3.1 实验台总体组成元件实验台的总体组成包括：制动器、真空助力器、制动主缸、液压管路、显示装置、控制面板、操纵机构。3.2 实验台组成元件的布置3.2.1 前轮盘式制动器的布置 根据丰田花冠汽车制动系采用前轮为盘式制动器，后轮为盘鼓式制动器的特点，本实验台也采用这种布置形式。前轮制动

30、器选用钳盘式车轮制动器，这种制动器广泛的应用在轿车及微型车上。他的优点是：散热良好、热衰退小，热稳定性好，最适用于对制动性能较高的轿车前轮制动器。盘式制动器以结构型式分有可分为固定式和浮动式两种，其中浮动式制动器外侧无液压件，不会产生气阻，并且占据的空间也小，好可以利用内侧活塞附装驻车制动机构。因此试验台选择的前轮制动器为浮动钳盘式制动器，前盘式制动器如图3.2所示：图3.2制动器布置图1-左前轮盘式制动器；2-右前轮盘式制动器；3-左后轮盘鼓式制动器；4-右后轮盘鼓式制动器；3.2.2 后轮盘鼓式制动器的布置为了便于附装驻车制动器，并且提高制动器的使用寿命，后轮制动器采用盘鼓式制动器。该制动

31、器中盘式是用于行使制动，而制动鼓是用于驻车制动，多用于轻型轿车的后轮制动。因制动蹄与制动鼓之间的法向力不等而不能平衡，力差将使车轮的轮毂轴承承受附加载荷。为了使前后蹄摩擦片所受的单位面积压力一致，前蹄摩擦片长于后蹄，使两片的寿命尽量接近，便于维修。图3.3为本试验台选用的后轮盘鼓式制动器布置示意图：3.2.3 制动主缸与真空助力器的布置作为制动能源的驾驶员所施加的控制力，通过作为控制装置的制动踏板机构传到容积式液压传动装置的主要部件制动主缸。制动主缸属于单向作用活塞式油泵，其作用是将来自踏板机构输入的机械能转换成液压能。液压能通过油管输入前后轮制动器重的制动轮缸。制动轮缸属于单项作用活塞式油缸，其作用是将输入的液压能在转换成机械能，促使制动器进入工